Бактериальные сообщества как индикаторы загрязнения окружающей среды
Международная команда из более чем 30 учёных обнаружила, что статистический анализ ДНК природных микробных сообществ можно использовать для точного определения загрязнителей окружающей среды. Исследование спонсировалось программой ENIGMA Министерства энергетики США (DOE) на базе Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
"Изменения в структуре природного микробного сообщества, вызванные загрязнителями, сохраняются долгое время после того, как сами загрязнители становятся необнаружимыми", — говорит Терри Хейзен, ведущий автор исследования. — "Это означает, что ДНК этих микробных сообществ можно использовать как инструмент для измерения антропогенного воздействия на окружающую среду".
Методология исследования
Учёные отобрали наиболее интересные скважины для мониторинга грунтовых вод на основе 25-летних данных с участка Bear Creek в Ок-Ридже — ключевого места ранней разработки ядерного оружия по Манхэттенскому проекту. Были собраны образцы микробной ДНК из скважин вместе с данными по 28 физико-химическим характеристикам.
Анализ данных ДНК проводился с помощью метода "контролируемого машинного обучения", применённого к данным высокопроизводительного секвенирования.
Результаты
Используя только данные секвенирования гена 16S рРНК, команда ENIGMA смогла количественно определить 26 геохимических параметров из 93 скважин с сильно различающейся геохимией. Эти данные использовались для прогнозирования загрязнения:
- Точность прогноза загрязнения грунтовых вод ураном — около 88%.
- Точность прогноза загрязнения нитратами — около 73%.
"Наша работа показывает, что знание того, какие бактерии присутствуют, позволяет нам сделать вывод о текущем или прошлом химическом составе участка", — говорит Эрик Алм, микробиолог из MIT. — "Следующая большая задача — понять, почему разные бактерии связаны с разными условиями окружающей среды".
Это исследование демонстрирует путь к решению задачи измерения причин и последствий воздействия человека на окружающую среду.